跳到主要內容

僵屍植物的秘密

被植物菌質體（phytoplasma）感染的紫錐菊。
圖片來源：wiki
僵屍大家聽過，大家可能也知道有種真菌可以製造僵屍蟻，讓被感染的螞蟻不再認真工作，反而爬出蟻窩，尋找一片距離地表比較近的樹葉，咬下一口，然後死掉。接著真菌的子實體就會從螞蟻的頭部長出來...達成傳播真菌孢子的唯一任務。但是僵屍植物？可能很少人聽過吧？

僵屍植物是由植物菌質體（phytoplasma）製造的。黴漿菌（mycoplasma）大家可能都聽過，但有多少人聽過植物菌質體呢？

植物菌質體跟黴漿菌類似，都是沒有細胞壁的生物。只是黴漿菌除了可以可以感染動物以外，也可以進行腐生；但植物菌質體只能作為植物的病原菌。它是植物的寄生菌，藉由葉蟬、飛蝨等吸取篩管汁液的害蟲作為媒介來感染植物。感染後，植物後會造成植物光長葉子不長花，長出來的葉子也很畸形（如圖中的紫錐花）。

被植物菌質體感染後的植物，因為光長葉子（葉狀體）不長花，這些葉子的功能就是用來產生更多的植物菌質體，因此它們被稱為「僵屍」植物（zombie plants）。由於被感染的植物無法開花，往往造成植物就此被「絕後」了。

究竟植物菌質體是怎麼造成僵屍植物出現的呢？過去曾認為是因為感染造成植物賀爾蒙不平衡；但是最近對於植物菌質體的研究發現，植物菌質體本身會產生一個稱為SAP54的蛋白質，這個蛋白質在構造上與植物用來啟動開花機制的蛋白AP1或SEP家族等MADS轉錄因子（MADS-domain transcription factor）非常相似。

這個家族的轉錄因子，會經由互相結合形成雙體（dimer）或四元體（tetramer）之後，再與DNA結合來調節跟花器發育相關的基因表現。當這個家族的蛋白質被SAP54蛋白牽制住以後，會因為無法與DNA結合，導致它們被泛素化（ubiquitination）後再送到26S蛋白質體（26S proteosome）去分解。這麼一來，相關的基因無法表現，使得植物的花變成了葉狀體。

SAP54是如何牽制了AP1/SEP家族呢？研究團隊以電腦模擬分析SAP54的蛋白質結構以後發現，SAP54的結構與SEP3最相似，表示SAP54很可能是經由直接與AP1/SEP家族的蛋白質們互動，使它們無法與應該結合的家族成員結合（一種狸貓換太子的概念？）。當研究團隊把SAP54與AP1/SEP蛋白放在酵母菌裡面時，也看到SAP54與AP1兩個蛋白質之間有互動。由於如AP1/SEP這類的蛋白質很少與其他蛋白互動，這讓研究團隊對於SAP54這個植物菌質體的基因，究竟是源自於植物與否，感到非常有興趣。

要研究SAP54的來源，最簡單的方法就是進行序列比對。SAP54這個蛋白質可以分成兩個部分，一個部分是讓SAP54蛋白可以被分泌出去，另一部份則是與AP1/SEP蛋白互動的部分。以氨基酸序列來分析比對後發現，分泌部分只有21%的相似度，而互動的部分則除了電腦模擬的結構相似以外，本身的序列相似度極低！這顯示了，SAP54應該不是來自於植物，而是植物菌質體本身為了更有效的感染植物、指揮植物為自己做工，所產生的分子趨同演化（convergent molecular evolution）的結果。

話說一物剋一物，植物菌質體演化出了SAP54，怎麼植物沒有來個「我變、我變、我變變變」，把AP1/SEP家族的蛋白質給變掉呢？推測可能是因為，這個家族的成員之間互動非常複雜，而且成員繁多（擬南芥裡面就有40個），只要變一個，其他好幾個就要跟著變，然後接著更多個還要再變...所以雖然被SAP54吃死死，也只能忍氣吞聲了！畢竟40個基因要做出相對應的變化，即便只是10個或20個，也是「不可能的任務」啊！只要有一個沒變好，植物就等於是「引刀自宮」了...

也就是因為這樣，植物菌質體的宿主專一性很低（OS：我已經開發出指揮植物的魔杖了！），被它感染的植物的花都會變成葉狀體。有趣的是，植物菌質體的基因體極小，但其中還有20%是重複的序列。不知道這樣的基因體結構再加上「魔杖」，是否就是造成它可以戰無不勝、攻無不克呢？

雖然，看來好像SAP54似乎就是植物菌質體製造僵屍植物的關鍵；不過，植物菌質體感染除了會使得植物光長葉子不開花以外，被感染的植物也會長得比較矮小。除此之外，有些病毒的感染也會使植物光長葉子不開花，所以，究竟植物菌質體與植物之間的互動是怎麼一回事，以及僵屍植物的產生是否都是經由類似的機制，還需要進一步了解。

（本文版權為台大科教中心所屬，其他單位需經同意始可轉載）

參考文獻：

Rümpler F et al. Did convergent protein evolution enable phytoplasmas to generate ‘zombie plants’? Trends in Plant Science, October 2015 DOI: 10.1016/j.tplants.2015.08.004
標籤：

留言

張貼留言

這個網誌中的熱門文章

高麗菜（cabbage）

  圖片來源： 維基百科 小時候在家，媽媽很常做炒高麗菜。用蔥爆香或是加一點豬油渣來拌炒，是餐桌上常見的料理。但是比起空心菜（甕菜）、芹菜、韭菜等味道濃烈的菜，炒高麗菜味道可能真的太平凡了，所以沒有太多印象。 大學畢業後出國唸書，發現國外的高麗菜實在太便宜了！好大一棵高麗菜（英文名稱為cabbage）才十九美分，台幣還不到十元。在生活水準高於台灣的美國，雖然學校提供獎學金，但還是常有捉襟見肘之感，一看到這麼便宜的高麗菜自然是欣喜萬分，想都不想就立刻買了一棵回家煮，卻沒想到滋味與台灣的高麗菜有雲泥之別。美國的高麗菜幾乎沒有菜味，吃起來味同嚼蠟，令人大失所望。雖說如此，但為了省錢，在國外的日子還是很常買高麗菜的。 等畢業到了加州才發現，原來美國的高麗菜與台灣的是不同品系。美國的高麗菜呈圓球型，裡面的葉子很多都還是綠的；台灣的高麗菜呈橢圓球型，裡面的葉子是淺黃色。美國人其實不常吃煮熟的高麗菜，他們多半都是洗乾淨了做生菜沙拉吃。印象中美國人似乎不大喜歡味道濃烈的蔬菜，不只是高麗菜淡而無味，他們的萵苣、茄子、胡蘿蔔味道都比台灣的淡得多了。其實台灣還有味道更好的「高山高麗菜」：尖頭型的高山高麗菜，滋味比橢圓球型的平地高麗菜更好，但在高山上種植高麗菜會造成水土保持不良、導致土石流，所以還是吃平地高麗菜對環境比較友善。 學名為甘藍的「高麗菜」，又名捲心菜、洋白菜、圓白菜、球白菜、大頭菜、蓮花菜、疙瘩白，古名俄羅斯菘 ，不論在東亞或是在歐美，都是很常見的蔬菜。原產於地中海至北海沿岸的甘藍，是十字花科蕓薹屬的二年生草本植物，從羅馬時代就是很受歡迎的蔬菜。不過當時的甘藍並沒有捲心品種，而是長得有點像小白菜的樣子。歐洲人馴化了甘藍後，發現甘藍很容易出現不同的變異，便開始育種產生了花椰菜、青花菜、結球甘藍（也就是俗稱的「高麗菜」）、球芽甘藍等變種。結球甘藍大約在十三世紀時出現，十六世紀時傳入北美洲與中國大陸 ，再輾轉傳入台灣。結球甘藍在台灣最早的紀錄可能是康熙、乾隆年間出版的《台灣府志》，裡面把它稱為「番芥藍」。最近有一篇 關於結球萵苣（或稱為捲心）的研究 ，發現結球萵苣是因為 LsKN1 這個基因遭到一個類CACTA轉位子（CACTA-like transposon）的插入，使它以不完整的形式高度表現後，轉而去抑制另一個基因 LsAS1 的啟動子，造成 LsAS1 基因...
張貼留言
閱讀完整內容

關於蕃薯，你知道你吃的是什麼品種嗎？

蕃薯（ Ipomoea batatas ）從臺灣人的主食、轉變為副食、又轉變為飼料，最後在養生的風潮下，再度躍上餐桌，成為美食，可有人關心過，我們吃的蕃薯是什麼品種嗎？ 圖片來源： 農委會 上面這張照片裡的蕃薯，中間的TN57與TN66，就是台農57號與台農66號，是臺灣最受歡迎的兩種蕃薯喔！ 台農57號在1955年由嘉義農試分所將日治時代培育出的台農27號與南瑞苕種（Nancy hall）雜交育成。它黃皮黃肉，目前還是全臺灣產量最大的蕃薯。口感鬆軟，適合烤、煮食或製作薯條。主要產地在雲林、台南、高雄。適合在四～十月間種植。台農57號還曾經隨著農技團飄洋過海到史瓦濟蘭去，協助他們解決糧食問題呢！ 至於台農66號呢，就是所謂的紅心蕃薯啦！台農66號是1975年也是由嘉義農試分所選出，1982年正式命名。它是目前栽植最普遍的食用紅肉番薯。在臺灣，幾乎全年皆可栽種，秋冬作五個月可收穫，春夏作四個月就可以收穫囉！ 最右邊的台農73號，就是現在所謂的「芋仔蕃薯」啦！它是在1990年以台農62號（♂）x清水紫心（♀）雜交後，在2002年選拔出優良子代CYY90-C17，並於2007年正式命名。由於肉色為深紫色，所以得到「芋仔蕃薯」的暱稱。本品種富含cyanidin 及peonidin 等花青素，具抗氧化功用。 至於常吃的蕃薯葉，則是以桃園2號與台農71號為主，這兩種葉菜蕃薯都不用撕皮就可以直接煮來吃，而且莖葉不易倒伏，方便農民採收喔！ 如果您愛吃的是蕃薯的加工食品，如蕃薯餅、蜜蕃薯、蕃薯酥，其實他們大多也是用台農57號與66號來加工的喔！ 參考文獻： 蔡承豪、楊韻平。2004。臺灣蕃薯文化誌。貓頭鷹出版。 行政院農委會。 甘藷主題館 。
張貼留言
閱讀完整內容

秋葵（Abelmoschus esculentus）

秋葵。圖片來源： wiki 在杜蘭大學（Tulane University） 讀書時，大學旁邊的「慈善醫院」（Charity Hospital）的餐廳週一固定有的是紅豆飯（red bean and rice），週五則是秋葵濃湯（Gumbo）。 秋葵濃湯的主要材料是秋葵（okra， Abelmoschus esculentus ），還有海鮮。窮學生買不起什麼海鮮，週五吃到秋葵濃湯就覺得很豐盛了。 最近看書，才知道原來秋葵濃湯是源自於當年被抓到美國的黑奴的家鄉菜，秋葵也是被他們帶到美國的。 秋葵濃湯的名字「Gumbo」其實是班圖語（Bantu）「nkombo」，意思就是秋葵。在路易斯安納州，秋葵以及秋葵濃湯也都被稱為gumbo。 秋葵濃湯後來有了一些不同的變化。依照路易斯安納州的族群，有Cajun gumbo與Creole gumbo。Cajun是源自於加拿大，後來搬到密西西比河灣（bayou）居住的法國人後裔，他們的秋葵濃湯裡面會有小龍蝦（crawfish）以及螃蟹；Creole則是居住在紐奧良的西班牙人、法國移民的後裔以及黑人後裔，他們的秋葵濃湯裡面會有蝦子、臘腸與雞肉。 筆者兩種都吃過呢！當年到路易斯安納州時第一次吃到秋葵，覺得很新鮮；回臺灣以後發現臺灣人竟然也吃起秋葵來，覺得有點小訝異。 在路易斯安納州，週一吃 紅豆飯 ，週五吃秋葵濃湯是他們的傳統。 根據 曹銘宗老師的文章 ，才知道秋葵在台灣成為常見的蔬菜，其實是1990年代以後的事；筆者在1992年出國，所以可以據此再把年代縮小一點。 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 秋葵在台灣成為常見的蔬菜，應該是1990年代以後的事。我當記者時常採訪的果菜專家王禮陽，他在1994年出版的「台灣果菜誌」並未提到秋葵。 秋葵在台灣開始受到歡迎，可能受到日本料理的影響，我第一次吃秋葵，就是「野菜天婦羅」及「和風沙拉」，非常嫩滑可口。後來，我在菜市場看到生的秋葵，才了解為什麼英文俗稱秋葵為Lady's fingers（美人指）！ 秋葵的原產地有東北非、西非、南亞的爭議，正式的英文名稱...
張貼留言
閱讀完整內容